역률이란?

이번 포스팅에서는 "역률"에 대해 알아보려고 합니다.

 

역률은 전기공학에서 매우 중요한 개념으로, 전력의 효율성을 나타내는 지표입니다. 전기 회로에서 실제로 사용되는 유효 전력과 전압의 곱인 피상 전력의 비율로 정의됩니다.

 

이 개념은 전력 시스템의 효율성을 평가하고, 전력 손실을 최소화하는데 도움을 줍니다.

 

 

 

 

 

1. 저항만의 회로에서 전력

 

1) 전압과 전류가 동상이므로 전압이 (+)일 때 전류도 (+),

전압이(- )일 때 전류도(-),  따라서 전력 P=VI에서 전력은 항상(+)입니다.

 

2) 전력이 항상 (+)라는 의미는 전력이 부하 쪽으로 만 흘러 전력을 100% 유효하게 사용한 것을 의미합니다.

따라서 역률 100%입니다.

 

2. 코일만의 회로에서 전력

 

 

 

1) ① 구간에서 전압(+) 전류(+) 따라서 전력(+)입니다.

 

2) ② 구간에서 전류(+) 전압(-) 따라서 전력(-)입니다.

 

3) ③ 구간에서 전류(-) 전압(-) 따라서 전력(+)입니다.

 

4) ④ 구간에서 전류(-) 전압(+) 따라서 전력(-)입니다.

 

5) 전력이 (+)라는 의미는 전력이 송전단에서 부하쪽으로흐른다는 의미이며 전력이 (-)라는 의미는 전력이 부하 쪽에 송전단으로 흐른다는 의미입니다.

 

따라서 파란부분 만큼 전력이 왔다가 노란 부분만큼 전력이 되돌아갔습니다. 그런데 파란색과 노란색의 면적이 같으므로 사용된 전력이 없어 역률 0%입니다.

 

3. 콘데서만의 회로에서 전력

코일과 같은 방식으로 해석하면 역률 0%입니다.

 

 

 4. RL회로에서 전력

1. ① 구간에서 전압(+) 전류(+) 따라서 전력(+)입니다.

 

2. ② 구간에서 전류(+) 전압(-) 따라서 전력(-)입니다.

 

3. ③ 구간에서 전류(-) 전압(-) 따라서 전력(+)입니다.

 

4. ④ 구간에서 전류(-) 전압(+) 따라서 전력(-)입니다.

 

따라서 파란부분 만큼 전력이 왔다가 노란 부분만큼 전력이 되돌아갔습니다.

 

유효전력= (파란색 면적 – 노란색 면적)(실제로는 벡터임) 이 되며 위상이 θ라고 하면 평균유효전력 P = VI cosθ가 됩니다.

 

노란색 부분의 면적이 반환된 무효전력이며 평균무효전력 Q = VI sinθ가 됩니다.

 

결국 역률은?

한전에서 P = VI의 전력을 송전을 했을 때 100% 수전단에서 소비했으면 역률 100%입니다,

 

그런데 전압과 전류가 위상차가 있을 때, 전력이 (-) 부호가 되는 구간이 있는데 이 (-) 구간에서는 전력이 거꾸로 흘러 전력이 반환되는데. 이때 반환된 전력이 무효전력입니다.

 

이와 같이 반환되는 전력도 있지만 일반적으로 부하에서 유효하게 사용되는 전력이 더 많습니다.

 

관련 법규에 따라 90% 이상은 유효하게 사용하여야 합니다. 즉 역률을 90% 이상은 유지하도록 해야 합니다.

 

역률이란 쉽게 말하면 한전에서 보내준 전력을 되돌려 주지 않고 얼마나 소비했는가? 하는 비율이라고 할 수 있습니다.

 

이때 보내준 전력을 피상전력, 소비된 저력을 유효전력, 반환된 전력을 무효전력이라고 합니다.

 

결론적으로 "역률 = 유효전력 / 피상전력 "이 되는 것입니다.

 

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